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故障・修理
更新日:2018.10.15 / 掲載日:2018.10.15

絶対やっちゃダメ!禁断のクルマ実験室07 回転中のエンジンを水没させる!

ウォーターハンマー現象を起こしてみたい!

水没させられたエンジン

三菱重工業製 メイキ GM181L
4ストローク単気筒OHV強制空冷式ガソリン

ボア・ストローク:68×50mm
排気量:181cc
燃焼室容積:23.4cc
潤滑方式:飛沫潤滑
燃料供給:キャブレター
回転制御:遠心ガバナー式
点火方式:無接点フライホイールマグネット(MTI)定格出力:3.3kW[4.5PS]/3600rpm
最高出力:4.4kW[6.0PS]/4000rpm
最大トルク:11.57N・m/2800rpm
乾燥重量:15.8kg
※スペックは海外汎用モデルから記載。

クルマごと沈めるプランを何度か検討するも、スタッフの安全性確保や環境面への対策が難しいため、小型エンジンで実験。これは、農機のMMR60から降ろしたエンジンで、圧縮比は8.3~8.5:1程度と推測。ラベルのエンジン回転数は1/2に減速された動力取り出し軸もの。

水面に吸気口をつけてみた

渡河走行やゲリラ豪雨での水没を再現

 近年は毎年異常な気候が続き、酷暑や猛暑が続いたかと思えば、長雨や暴風雨が襲ってくるなどして、様々な被害が目立ってきている。クルマにとっても、水害は駐車中でも走行中でも致命傷になることがある。今回は、水深の深い場所を通過した時に起こりやすいウォーターハンマー現象を再現すべく、エンジンの水没にチャレンジした。
 ウォーターハンマー現象とは、エンジンの吸気系に水を吸い込んで、燃焼室で圧縮しようとした結果、非圧縮の水によってピストンが上昇できなくなり、それまでの回転慣性や他のシリンダーの燃焼でムリに回された結果、エンジンが破壊されるトラブルをいう。
 これは、車両の吸気系のデザインによっても変わるが、一般的に吸気口が上にある方が水を吸い込みにくい。渡河走行も考慮したクロカン系では、エンジンルームに浸水しても、吸気は最後まで影響を受けないよう考慮している。
 例えば、新型ジムニーなどは、テストを通じて吸気口の位置を検討するのはもちろん、後方へ向けて直撃を受けないように配慮している。
 水没試験はさすがにプリウスではやりづらいので、小型の汎用エンジンで実験。エンジンを掛けたまま水槽に落とすのだが、最初は吸気口に水面が少し触れる程度にセット。水分が入ったとたんにエンジンは不調になり、引き上げないままだと停止してしまう。チェックすると、キャブレターはもちろん、シリンダーにも水が吸い込まれ、スパークプラグの電極にも水滴が挟まっていた。

燃料や点火系に水が影響
エアクリーナーケースを開けると、内部に水滴がビッシリ付き、底にも水たまり。

キャブレターのフロートチャンバーに水が混じっていた。

初爆が起こらない理由がこれで、プラグ電極に水が挟まっていた。

吸気口を上に向けて一気に水中へ!
各部の水分を除去すると、何事も無かったかのように再スタート!

今度はエア吸入口の向きを上側にして、水が流れ込むように改良してから、一気に水中に投下!!

回転がバラつく間もなく、キュ……という小さな音だけ残して静まりかえった。

燃料タンク上への浸水はさすがにマズかった……
水中で放置後エンジンを引き上げる。回るので、内部の破壊はされていないが、当然再スタートはムリ。

エアクリーナーケースを上下逆にしたので、今度は大量に水が溜まっている。

また、スパークプラグを外すと、シリンダーヘッドのメネジの端まで水が溜まっていた。回転中に吸引したか、水没中に入り込んだか、その両方か……

オイル量も増えている
プラグを外したまま回転させてシリンダー内の水分を飛ばす。不思議なことに、水分が無くなったと思っても、しばらくするとまた出てくる。

マフラーも水で満たされたので、傾けるとチョロチョロ出てくる。

オイルが水で底上げされたようでキャップを外すと溢れてきた。ロッカーカバーにはブリーザーホースが接続され、キャブレターの上流につながる。

しかし、ロッカーカバーには逆流防止弁があるためか、僅かな水滴があるだけで、動弁系の水分は全く無かった。

それでも再始動に成功!
各部の水分を除去してから、再々スタートにトライ。1回目の水吸引よりかなり手こずったが、ついに始動!マフラーから勢いよく湯気が出てくる。ただし、その後のアイドリング安定性は悪くなってしまった。

単気筒エンジンのためか、致命傷まで至らず

 吸気系に少し水が触れた程度のエンジン停止だと、吸気系やスパークプラグから水分を飛ばすだけで、再始動ができた。そこで、次は一気に水中へ沈めてみた。
 今回使ったような汎用エンジンは、ガバナーという回転調整器があって、負荷が変わっても設定回転を維持するようになっている。3600rpmを保ったまま(空吹かしなのでスロットル開度は小さい)、ドボンと沈めると、キュっと鳴いたような音を立ててサッと停止。
 ここまでやると、再始動の準備に手を焼くことになる。スパークプラグを外して何度もリコイルスターターを引っ張ってシリンダーの水分を飛ばすのだが、少し時間を置くとなぜかシリンダーに水が溜まってしまう。幸い、点火系は無接点式(ポイントレス)で、イグニッションキーなどはないのでスパークプラグの電極を乾かすとスパークが出るようになった。再始動後でも異音もなく、想定した致命傷は与えられなかった。
 実際の車両は、吸気系も複雑なのでマニホールドやレゾネーター等にも水分が貯まるだろうから、より影響を受けるだろうし、多気筒なので水を吸い込んだシリンダーのピストンが無理やり押される可能性も高い。水を吸引した時、運が良ければ掃除程度で済むと考えておいたほうがいいだろう。

【実験結果】条件が良ければ復活する!?

今回は水道水に沈めたので、水没事例では好条件。簡易清掃で復活できた(ただアイドリングがちょっと苦しそう)。泥水や塩水だと悲惨だろう。単気筒のためか、エンジン回転数が低かったためか、コンロッドが曲がるような強烈なウォーターハンマー現象は起こらなかった。

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グーネットピット編集部

ライタープロフィール

グーネットピット編集部

車検・点検、オイル交換、修理・塗装・板金、パーツ持ち込み取り付けなどのメンテナンス記事を制作している、
自動車整備に関するプロ集団です。愛車の整備の仕方にお困りの方々の手助けになれればと考えています。

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